DE10107279A1

DE10107279A1 - Lenksystem

Info

Publication number: DE10107279A1
Application number: DE2001107279
Authority: DE
Inventors: Volker Bachmann; Frank-Detlef Speck; Joerg Bart
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2002-08-22

Abstract

Ein Lenksystem mit mindestens einem Lenkradaktuator und mindestens einem Lenkaktuator (1), die über eine Regelstrecke miteinander verbunden sind, weist Sensoren auf, die auftretende Spurstangenkräfte ohne Beeinflussung durch vorgeschaltete Massen bestimmen können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Lenksysteme, die nach dem steer-by-wire-Prinzip arbei ten, unterscheiden sich von konventionellen Lenksystemen dadurch, daß keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und dem gelenkten Rad besteht. Durch die Auf trennung des Lenksystems fällt das von den konventionellen Lenksystemen über die Lenksäule an das Lenkhandrad gelie ferte Drehmoment weg. Das bisher von der Fahrbahn, den Rei fen, dem Fahrwerk und dem Übertragungsverhalten des Lenksy stems bestimmte Lenkgefühl wird ersatzweise durch einen Lenkradaktuator erzeugt. Die durch einen oder mehrere Kraft-/Drehmomentsensoren erfaßten Kräfte und Drehmomente im Lenkgestänge der gelenkten Räder werden an eine zentrale Steuereinheit weitergeleitet. Über einen Lenkradaktuator wird dem Fahrer in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszu standes eine Rückwirkung weitergegeben, die ähnlich den bei einem konventionellen Lenksystem auftretenden Kräften und Drehmomenten ist.

Im Fahrbetrieb liefern Kraft-/Drehmomentsensoren im Lenkge stänge der gelenkten Räder Kraftsignale, die proportional zu den an den gelenkten Rädern auftretenden Lenkkräften sind. Die höchsten auftretenden Kräfte/Drehmomente werden erfaßt, von einer Steuereinheit ausgewertet und an den Lenkhandradaktuator zur Drehmomenterzeugung am Lenkhandrad weitergeleitet. Die Ansteuerung des Lenkhandradaktuators erfolgt derart, daß der vom Fahrer wahrgenommene Drehwider stand bzw. Drehmomentverlauf demjenigen entspricht, der von einem konventionellen Lenksystem bei gleicher Kraft-/Dreh momenteinwirkung im Lenkgestänge hervorgerufen worden wäre.

Um eine künstliche Rückwirkung am Lenkhandradaktuator erzeugen zu können, muß die als Radrückwirkung auftretende Spurstangenkraft erfaßt werden. Diese Meßgröße dient dann zur Regelung des erforderlichen Lenkmomentes am Lenkhand rad.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Lenksystemen, die einen Elektromotor im Lenkaktuator aufweisen, die Spur stangenkräfte über die Messung des Motorstroms zu ermit teln. Bei Lenksystemen mit hydraulischen Lenkaktuatoren erfolgt die Bestimmung der Spurstangenkräfte über eine Druckmessung. Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, daß sich vorgeschaltete Massen auf das Meßergebnis negativ aus wirken und so zu einem ungenauen Ergebnis führen. Dies hat zur Folge, daß an den Fahrer ein schlechtes Lenkgefühl wei tergegeben wird, was wiederum zu einem unsicheren Fahrver halten führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Lenksystem darzustellen, bei dem Spurstangenkräfte und damit auch Rückstellmomente der gelenkten Räder, die durch ein Verbindungselement abgestützt werden, unabhängig von Einflüssen von vorgeschalteten Massen erfasst werden können und so der Fahrer ein gutes Lenkgefühl vermittelt bekommt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Lenksystem gelöst.

Durch die Integration von Sensoren, deren Meßergebnis se von vorgeschalteten Massen nicht beeinflußt werden kön nen, ist die genaue Erfassung des Rückstellmomentes der gelenkten Räder und damit der Spurstangenkräfte möglich. Bevorzugt werden Dehnmeßstreifen oder Piezo-Druckaufnehmer als Sensoren verwendet, da sie leicht einzubauen sind und nur einen kleinen Einbauraum benötigen. Zudem liefern sie gleichbleibende Meßergebnisse unabhängig von äußeren Stö rungseinflüssen und vorgeschalteten Massen. Bei der Verwen dung von Dehnmeßstreifen wird das Verbindungsteil zwischen Spurstange und Spurhebel so verlängert, daß die Dehnmeß streifen angeordnet werde können. Dabei sollte das Verbin dungsteil mit den Dehnmeßstreifen so weit verlängert wer den, daß der Biegeeinfluß den Schubeinfluß weit übersteigt. Dies gewährleistet richtige und reproduzierbare Meßergeb nisse, da Dehnmeßstreifen bei Messungen mit biegebelasteten Bauteilen im Kraftfluß sehr gut geeignet sind. Die Piezo- Druckaufnehmer werden als Sensoren zwischen Spurstange und Schubstange des Lenkaktuators angebracht. Die Spurstange wird über ein Gewinde mit der Schubstange des Lenkaktuators verbunden. Der Piezo-Druckaufnehmer liegt vorzugsweise in Form einer Scheibe an der Schubstange des Lenkaktuators an und wird durch eine Mutter, die auf dem Gewinde der Spur stange sitzt, gekontert. Die Vorspannkraft der Mutter muß größer sein als die maximal auftretende Zugkraft der Spur stange an der Schubstange des Lenkaktuators. Dadurch wird erreicht, daß der Piezo-Druckaufnehmer ausschließlich unter Vorspannung betrieben wird und somit eine Messung von Zug- und Druckkräften mit der Dynamik von Piezo-Druckaufnehmern überhaupt erfolgen kann.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen zwei Ausfüh rungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß be schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksystems für Kraftfahrzeuge und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Anbindungs bereiches zwischen dem Lenkaktuator und ei nem gelenkten Rad mit Dehnmeßstreifen als Sensoren und

Fig. 3 den Anbindungsbereich zwischen Spurstange und Schubstange des Lenkaktuators mit Piezo- Kraftsensor

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einem Lenkaktuator 1, der über Spurstan gen 2 und 3 mit gelenkten Fahrzeugrädern 4 und 5 verbunden ist. Die Spurstangen 2 und 3 sind über eine Schubstange 6 fest miteinander verbunden. Der Lenkaktuator 1 kann bei spielsweise ein Elektromotor mit Kugelumlaufgetriebe oder ein Arbeitskolben mit einem Proportionalventil sein. Die über die gelenkten Fahrzeugräder 4, 5 und die Spurstangen 2, 3 eingeleiteten Kräfte wirken über die Schubstange 6 direkt auf die Befestigungselemente 7, 8 und den Fahr zeugaufbau 9.

In Fig. 2 ist der Anbindungsbereich zwischen Lenkak tuator 1 und gelenktem Rad 4 vergrößert dargestellt. In der Spurstange 2 sitzt ein Außengelenk 10 in Form eines Kugel gelenkes. Über ein Verbindungsteil 11 und einen Gewindezap fen 12 ist die Spurstange 2 mit einem Spurhebel 13 verbun den. Das Verbindungsteil 11 ist so ausgeführt, daß Dehnmeß streifen 14 befestigt werden können.

Fig. 3 zeigt den Anbindungsbereich zwischen Schubstan ge 6 des Lenkaktuators 1 und Spurstange 2 des gelenkten Rades 4. Die Spurstange 2 ist mit der Schubstange 6 über ein Gewinde verbunden. Ein Piezo-Druckaufnehmer 15 ist in Form einer Scheibe zwischen zwei Scheiben 16 montiert und über eine Mutter 17 fixiert.

Bezugszeichen

1

Lenkaktuator

2

Spurstange

3

Spurstange

4

gelenktes Fahrzeugrad

5

gelenktes Fahrzeugrad

6

Verbindungselement

7

Befestigungselement

8

Befestigungselement

9

Fahrzeugaufbau

10

Außengelenk

11

Verbindungsteil

12

Gewindezapfen

13

Spurhebel

14

Dehnmeßstreifen

15

Piezo-Druckaufnehmer

16

Scheibe

17

Mutter

Claims

1. Lenksystem mit mindestens einem Lenkradaktuator und mindestens einem Lenkaktuator, die über einen Regelkreis miteinander verbunden sind, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Erfassung der auftretenden Spurstangenkräfte Sensoren verwendet werden, die unabhängig von Einflüssen von vorgeschalteten Massen Rückstellmomente von gelenkten Rädern erfassen können.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Sensoren Dehnmeßstrei fen (14) verwendet werden, die auf einem Verbindungsteil (11) angeordnet sind, das Spurstange (2) und Spurhebel (13) miteinander verbindet.

3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verbindungsteil (11) zwischen Spurstange (2) und Spurhebel (13) so verlängert ist, daß die Dehnmeßstreifen (14) angeordnet werden kön nen.

4. Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verbindungsteil (11) zwischen Spurstange (2) und Spurhebel (13) so ausgebildet ist, daß der Biegeeinfluß den Schubeinfluß am Verbindungs teil (11) deutlich übersteigt.

5. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als Sensoren Piezo- Druckaufnehmer (15) verwendet werden, die zwischen Spur stange (2) und Schubstange (6) des Lenkaktuators (1) ange ordnet sind.

6. Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Piezo-Druckaufnehmer (15) in Form von Scheiben ausgeführt sind, die durch Mut tern (17) fixiert werden.

7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Mut tern (17) mindestens so groß sein muß wie die maximal auf tretende Zugkraft der Spurstange (2) an der Schubstange (6) des Lenkaktuators (1).

8. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Lenkaktuator (1) einen Elektromotor aufweist, der auf einen Lenkmechanismus eine Lenkunterstützung ausüben kann.

9. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Lenkradaktuator einen Elektromotor aufweist, der dem Fahrer über das Lenkhandrad ein Drehmoment zurückliefert.